1.1. 연구의 필요성
최근 서태평양과 인도해역의 온난해역이 확장되고 따뜻해지는 등 두드러진 변화가 감지 되고 있으니, 이와 관련된 표층해수면 온도의 변화는 잘 보고되어 있는데 반하여 그 원인 이나 해양 내부 구조 변화 조사는 제한된 해양 관측 자료 등에 의해 한계가 있다. 열대 온 난역은 해양-대기 상호작용이 가장 활발하게 일어나는 지역이지만, 시간 규모에 따라 해양 -대기 상호작용 과정의 상세 역학과정이 다양하게 달라지며, 단순히 해수면온도 뿐만 아니 라 해양의 혼합층 변동이 해양-대기 상호작용에 매우 중요한 역할을 한다. 열대 해역의 변 동은 열대 지역뿐만 아니라, 중위도 기후 예측성의 가장 중요한 근원이며, 기후예측 향상을 위해 최적의 열대 해역 예측인자를 찾는 것이 매우 중요하다. 특히, 한반도를 포함한 중위 도 기후는 서태평양과 동인도양 온난역 변동에 매우 민감하게 변한다고 알려져 있지만, 그 와 관련된 역학적 이해는 부족한 실정이다. 그와 관련하여 열대 북서태평양 지역에서 발생 하고 우리나라에 영향을 주는 태풍의 이해는 매우 중요하다. 북서태평양의 태풍은 온난해 역의 변동에 따라 그 활동이 변하고 있다(그림 6-1-1). 현재 태풍을 이해하고 모델링을 통 해 예측에 활용하여 현업적으로 태풍을 어느 정도 수준으로 예측할 수 있다. 그러나 그러 한 연구들은 해양이 일방적으로 대기에 영향을 주는 방식으로 연구가 되어 태풍의 진로를 예측하는 것은 상당한 수준이지만, 태풍의 강도를 예측하는 것은 아주 어려움을 겪고 있다.
이는 태풍이 발달할 때 태풍과 해양의 상호작용에 대한 이해가 부족하기 때문이다. 태풍의 예측, 특히 태풍 강도의 예측 수준을 향상시키고, 태풍에 대한 이해를 높이기 위해 해양관 측을 통한 태풍과 해양의 상호작용 이해가 절실히 필요하다. 특히, 대만 동측의 20-25N 해 역은 고기압성의 난수와(시계 방향으로 회전하며 상대적으로 온난한 warm eddy)가 연중 우세하게 나타나는 해역이며, 그 주변에는 저기압성의 한랭와(반시계 방향으로 회전하며 상대적으로 한랭한 cold eddy)가 발달하고 이동하는 것으로 알려져 있다. 이 난수와와 한 랭와는 공간적으로 서로 상이한 열적 특성을 가지고 있기 때문에 태풍의 통과 시에 태풍이 어떤 특성의 에디 지역을 통과하는가는 태풍의 발달 과정에 매우 지대한 영향을 미치게 된 다. 또한 대만 동방의 난수와/한랭와는 북태평양의 동측에서 발생하여 서측으로 전파되는 경향을 가지는 것으로 보고되며 한랭와 및 쿠로시오와의 상호작용을 통하여 다른 지역으로 이동 또는 소멸되는 것으로 보인다. 이 대양 에디들의 남북 지역에서 최근의 위성과 해양
관측을 통하여 동서 방향의 아열대반류(Subtropical Countercurrent; STCC)가 존재하는 것으로 알려지고 있다. 이 아열대반류 또한 난수와 및 한랭와의 형성과 발달 및 이동에 중 요한 역할을 하는 것으로 보인다. 그림 6-1-2에서 이상과 같은 북서태평양 대만 동측 해역 의 해양순환 특성을 개략적으로 살펴볼 수 있다.
[그림 6-1-1] 지난 15년간 태풍진로빈도와 과거 15년간의 차이(등고선)와 과거 태풍진로빈도의 기후값(채색역)
[그림 6-1-2] 고기압성 에디와 저기압성 에디 및 아열대 반류에 의한 북서태평양 대만 동방해역의 순환특성 모식도
Ⅵ. [세부과제Ⅱ] 기후변화와 태풍변동성 연구
1.2 국내외 연구 동향
Lin et al. (2008)은 태풍의 강도변화가 표층의 해수면온도에 의한 열적 플럭스에 의해서 좌우되는 것이 아니라 해양관측자료를 통해 해양혼합층이 태풍의 발달과 약화에 중요한 영향을 미칠 수 있다는 사실을 보고하였다(그림 6-1-3).
Emanuel, K. (1995)은 다음과 같이 열역학적 이론을 바탕으로 태풍의 강도가 해수면온도와 엔트로피에 의해 제한된다는 것을 증명하였다.
m ax
여기서 는 해수면온도, 는 외향고도에서의 온도이고, 와 는 각각 태풍과 주변의 엔트로피이다.
Jin et al. (2014)은 열대 동태평양에서 발생하는 태풍이 엘니뇨에 의해 크게 변화될 수 있는데, Emanuel의 잠재강도를 변형하여 그 이유로 열대 동태평양의 해양혼합층변동을 제시하였다.
Li et al. (2010)은 고해상도 기후모형을 이용하여 태풍의 발생영역이
지구온난화환경에서 중태평양쪽으로 이동하고 이러한 특성이 해양의 열적구조 변화에 의해서 나타난다고 제시하였다(그림 5-2-4).
Qiu 등(2014, JPO)은 위성고도계 자료와 고해상도 해양순환모델 모의결과 분석을 통해 STCC에 나타나는 150km 규모의 중규모에디는 각각 5월과 4월에 에디운동에너지와 rms 와도의 계절적 최대치를 가지며 계절적 변동이 없는 약한 양의 값의 와도 skewness를 가지는데 반해, 그와 대조적으로 고해상도 모델에서는 STCC의 에디운동에너지와 rms 와도가 모두 3월에 최대값을 가지고 계절적으로 큰 값의 양의 와도 skewness를 가지는 것으로 나타났다. 이러한 차이는 서태평양 아열대순환 전선역의 표층 밀도 변화에 의한 경압불안정과 STCC 시스템의 연직 쉬어에서 생기는 내부 경압불안정에 각각 기인하는 것으로 제시하였다. 또한 Chen 등(2015, JGR)은 민다나오 동방 북적도반류의 사행 위치 부근에 중규모 EKE의 강화가 특징적으로 나타나며 여름에 강하고 겨울에 약한 형태의 뚜렷한 계절적 특징을 보이는 것을 보고했는데, 대상 연구 지역에서 순압성 에디에너지의 전환율은 EKE의 변동과 유사한 계절 변화 주기를 가지며 순압성 에디에너지 전환율의 강화는 민다나오 해류와 뉴기니아 연안류의 계절 변화에 관계됨을 보였다.
[그림 6-1-3] 해양혼합층에 따른 태풍의 발달과 약화
Qiu & Chen(2004, JPO)은 TOPEX/Poseidon 인공위성 고도계 자료의 분석을 통해 남 태평양의 21-29S 지역에서도 동향하는 남반구 아열대반류(STCC)와 높은 에디운동에너지 밴드를 발견했다. 이와 같은 에디운동에너지장(eddy kinetic energy field)은 남적도반류- 남적도해류 시스템의 수평 쉬어와 연관된 순압불안정에서 발생하는 것으로 나타나며 이 순 압불안정성 세기의 계절적 변동이 에디운동에너지장에 계절적인 변화를 가져온다고 보고 하였다.
Ⅵ. [세부과제Ⅱ] 기후변화와 태풍변동성 연구
[그림 6-1-4] 지구온난화에 따른 태풍 빈도의 변화.
[그림 6-1-5] 북서태평양 대만 동방해역에 존재하는 고기압성 에디와 저기압성 에디들의 공간적 분포와 월평균 해류(2009 년 6월; 위성 관측에 의함) (Kim et al., 2014).
Kim 등(2010, OSJ) 은 18N, 135E 지역에서 ADCP 관측을 실시했으며 이를 통해 STCC 의 분지를 직접 측정하였다. 남측의 STCC는 겨울부터 봄철까지 지속되는 것으로 관측되었 으며, 동시에 17.5N와 20.5N 주변에 고기압성과 저기압성의 에디들이 각각 동서 방향으로 존재하였는데 이들 에디들은 동향하는 STCC를 유지시키는데 중요한 역할을 한다고 제시 하였다(그림 6-1-5).
구 분 연구개발목표 연구개발내용
1 단계
1차 년도
○ 열대해양과 태풍의
중장기 변동성 이해 - 재분석자료를 이용한 열대해양의 장기 변동 및 ENSO diversity 분석
- ENSO와 PDO 위상에 따른 태풍 발생 및 빈도의 중 장기 변동성 분석
○ 북서태평양
아열대해역 고해상도 순환모델 수립
- 중규모에디가 모사 가능한 고해상도 순환모델 수립 - 북적도반류의 분기와 쿠로시오가 모사 가능한 광역의
북서태평양 모델 영역 설정
- 고해상도 순환모델의 스핀업 및 상층순환 모의(5년 적분)
- 상층 기후순환장 및 혼합층 분석
1.3. 연구 목표 및 내용 1.3.1. 연구 목표
○ 열대 온난역 확장과 엘니뇨 변동에 따른 태풍의 중장기적 변동성을 이해함.
○ 열대 온난역의 해양 변동성과 대기 열수지를 관측하고 해양과 태풍의 상호작용을 이해함.
○ 북서태평양 태풍 핵심해역의 대양에디 구조와 기후 특성 파악.
○ 북서태평양 아열대순환역 중규모에디의 형성 기작과 변동과정 규명.
1.3.2. 연구 내용
○ 열대해양의 장기변동성에 따른 태풍의 중장기 변동성 분석.
○ 해양혼합층 변동과 태풍강도 변화의 상관성 분석.
○ 북서태평양 15-25N 해역의 고기압성 및 저기압성 에디 시공간 분포 및 구조 특성 파악.
○ 고해상도 해양순환모델링을 통한 대양 에디의 기후특성 모의 분석.
- 계절변동 및 연변동.
○ 해양순환모델과 위성고도계 자료 및 현장자료 분석을 이용한 대양에디 발생과 이동과정 규명.
1.3.3. 단계별 목표 및 내용
○ 1단계 연차별 목표 및 내용.
Ⅵ. [세부과제Ⅱ] 기후변화와 태풍변동성 연구
구 분 연구개발목표 연구개발내용
2차 년도
○ 기후모형을 이용한 태풍의 중장기 변동성 이해
- 기후모형과 태풍활동지수를 이용한 태풍활동의 중장 기 변동성 분석
- 기후모형에서 나타나는 ENSO와 PDO 위상에 따른 태풍활동의 변동성 분석
○ 북서태평양
아열대해역 상층순환 모의 분석
- 북서태평양 해역의 상층 순환에 대한 계절변동 특성 모의(수십년 기간 적분)
- WOA 자료 및 위성자료에 의한 계절평균 순환 특성 파악
3차 년도
○ 기후모형을 이용한 해양혼합층과 태풍강도의 상관성 이해
- 기후모형에서 나타나는 해양혼합층 변동과 태풍활동 의 상관성 분석
- 해양혼합층 분포에 따라 빠르게 발달하는 태풍의 관 련성 분석
- 해양혼합층 변동 및 기작 분석
○ 북서태평양 아열대해역의 중규모에디
발생⦁전파 모의 분석
- 북서태평양 순환모델의 아열대해역 중규모에디 발생 및 전파특성 모의 및 분석
- 위성고도계자료와 현장자료에 의한 에디 분포와 연직 구조 파악
- 태풍핵심해역의 중규모에디 계절변동 특성과 STCC와의 경압/순압 불안정성 관계 파악
4차 년도
○ 해양관측을 이용한 해양혼합층과 태풍강도의 상관성 이해
- 해양관측자료를 통한 해양 혼합층 분포와 태풍의 활 동변동성 조사 및 분석
- 해양관측자료를 이용하여 혼합층 변동이 빠르게 발달 하는 태풍에 대한 영향 분석
○ 북서태평양 태풍핵심해역의 중규모에디 변동특성 모의 분석
- 태풍핵심해역의 중규모에디 발생과 이동과정 모의 및 기작 분석
- 바람장-에디 상호작용에 의한 상층순환 변동 모의 분석
5차 년도
○ 해양관측을 이용한 태풍강도의 모수화
- 혼합층 깊이를 이용한 태풍강도의 모수화 - 열역학적 인자를 이용한 태풍강도의 모수화
- 열역학적 인자와 대규모 역학적 인자를 이용한 태풍 강도의 모수화
○ 중규모에디의 중장기 변동성 이해
- 재분석자료를 이용한 태풍핵심해역의 중규모에디 변 동성의 중장기 변동성 이해
- 순환모형을 이용한 중규모에디 변동성의 중장기 변동 성 이해